Động cơ điện một chiều – cổ góp, lực từ F = BIl, momen và suất phản điện

Phục vụ chủ đề Từ trường của Vật lí 12 (Chương trình GDPT 2018), phần lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện và ứng dụng trong động cơ điện. Khung dây N vòng đặt trong từ trường đều B; lực từ lên mỗi cạnh dài F = NBIl có chiều theo quy tắc bàn tay trái, hai lực ngược chiều tạo thành ngẫu lực có momen M = NBIS·cosθ. Cổ góp hai nửa vành khuyên và chổi quét đổi chiều dòng điện trong khung mỗi nửa vòng nên khung quay liên tục theo một chiều. Bấm Chạy để khung quay (có thể quay chậm 10, 50 hoặc 200 lần), thay đổi cường độ dòng điện, cảm ứng từ, số vòng dây, diện tích khung và momen cản của tải, chờ tốc độ ổn định rồi bấm Ghi số đo để lập bảng. Bấm Đổi chiều dòng điện hoặc Đổi cực nam châm để thấy khung quay ngược lại; kéo khung trong hình nhìn dọc trục để đọc lực và momen ở từng góc; chuyển sang hai vành khuyên liền để thấy khung chỉ lắc qua lại như trong máy phát điện xoay chiều; chọn nguồn hiệu điện thế để thấy suất phản điện làm dòng điện giảm khi động cơ quay nhanh. Đồ thị cho thấy momen theo góc quay, tốc độ và dòng điện theo thời gian. Câu hỏi gợi ý: – Vì sao momen bằng 0 khi mặt phẳng khung vuông góc với đường sức từ? – Nếu thay cổ góp bằng hai vành khuyên liền thì khung dây chuyển động thế nào, vì sao? – Với nguồn hiệu điện thế, vì sao dòng điện lớn nhất khi động cơ bị kẹt không quay được?